近期，劉俊峰/王冬立團隊在《國際生物大分子雜志》（International Journal of Biological Macromolecules）發(fā)表了題為“Understanding and manipulating the recognition of necrosis-inducing secreted protein 1 (NIS1) by BRI1-associated receptor kinase 1 (BAK1)”的研究論文。該研究解析了病原真菌保守效應(yīng)蛋白NIS1結(jié)合植物免疫共受體BAK1的分子機制，篩選到一個通過阻礙二者互作以調(diào)節(jié)寄主抗病性的活性分子。該研究為深入揭示病原物通過靶向植物共受體BAK1調(diào)節(jié)抗病性的分子機制、開發(fā)基于調(diào)節(jié)寄主和病原物互作的新型抗真菌藥物提供了重要的理論基礎(chǔ)和靶標(biāo)。
植物模式識別受體（PRRs）一般需要共受體的幫助才能激活下游反應(yīng)。迄今為止已鑒定出三種共受體：BAK1、SOBIR1和CERK1。BAK1（BRI1-associated receptor kinase 1，BRI1相關(guān)受體激酶1）是一種多功能共受體，參與細(xì)菌鞭毛蛋白flg22、細(xì)菌EF-Tu等多種微生物和危險相關(guān)分子模式（MAMPs和DAMPs）的信號傳導(dǎo)。
黃瓜炭疽病菌（Colletotrichum orbiculare）壞死誘導(dǎo)分泌蛋白1（CoNIS1）能在本氏煙中誘導(dǎo)細(xì)胞死亡，其同源物在子囊菌門和擔(dān)子菌門的真菌中保守存在，表明NIS1是絲狀真菌的一個保守效應(yīng)蛋白。以CoNIS1、C. higginsianum NIS1（ChNIS1）、和稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）NIS1（MoNIS1）為代表，進一步研究發(fā)現(xiàn)NIS1靶向擬南芥BAK1（AtBAK1）或水稻BAK1（OsBAK1）的細(xì)胞質(zhì)區(qū)域、并抑制后者的激酶活性，這是NIS1在寄主植物中發(fā)揮功能所必需。然而，NIS1如何結(jié)合并調(diào)節(jié)BAK1活性的結(jié)構(gòu)機制仍然未被揭示。
在此研究中，研究團隊以MoNIS1為主要研究對象，成功解析了其晶體結(jié)構(gòu)。MoNIS1呈現(xiàn)出一種由八條β鏈組成的β桶狀折疊模式，這種獨特的折疊方式在以往的研究中尚未報道。通過氫氘交換質(zhì)譜分析，研究人員發(fā)現(xiàn)MoNIS1的β4-β5環(huán)和β5鏈在與OsBAK1的相互作用中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，這一發(fā)現(xiàn)得到了單點突變實驗的進一步支持。同時，對于OsBAK1而言，HDX-MS分析揭示了四個參與MoNIS1相互作用的區(qū)域。以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建了NIS1與BAK1復(fù)合物的三維模型、明確了二者的結(jié)合界面及互作機制。
進一步地，研究團隊基于藥明康德的DELopen試劑盒，篩選到一種能夠阻斷MoNIS1與OsBAK1體外相互作用的小分子化合物B156。該化合物在體外實驗中能有效抑制MoNIS1與OsBAK1的結(jié)合，在稻瘟病菌離體接種實驗中顯著抑制了病菌對水稻的致病力。這一發(fā)現(xiàn)表明，阻斷NIS1-BAK1相互作用有望成為開發(fā)新型抗真菌藥物的新策略。分子對接顯示，B156結(jié)合在BAK1激酶結(jié)構(gòu)域的酶活區(qū)域，可干擾NIS1的β4-β5環(huán)與激酶的互作、保護植物BAK1免受NIS1對其活性的抑制，從而使植物在絲狀真菌侵染時仍保留了一定的抗病性。
植物保護學(xué)院博士生韓蕊為論文的第一作者，劉俊峰教授和王冬立副教授為論文的通訊作者。植物保護學(xué)院彭友良教授、楊俊教授為稻瘟菌表型測試方面的工作提供了重要支持。本研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目的支持。上述研究成果是解析細(xì)菌效應(yīng)蛋白HopF2與BAK1互作機制之的延續(xù)，是研究團隊在明確了Tps1和Mps1等靶標(biāo)后取得的新進展。
相關(guān)論文：
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Han R, Zhu TT, Kong ZW, Zhang X, Wang DL*, Liu JF*. Understanding and manipulating the recognition of necrosis-inducing secreted protein 1 (NIS1) by BRI1-associated receptor kinase 1 (BAK1). Int. J. Biol. Macromol. 2024, 278: 134821. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2024.134821.
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Han R, Zhu TT, Zhou LL, Chen MQ, Wang DL*, Liu JF*. Association mechanism between Arabidopsis immune coreceptor BAK1 and Pseudomonas syringae effector HopF2. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2024, 710: 149871. doi: 10.1016/j.bbrc.2024.149871.
